污水生物處理工藝分好氧工藝和厭氧工藝，這兩類工藝各有其優缺點。隨著生物處理技術的發展，作為生物處理的主角仍是微生物。如何能使好氧生物處理工藝提高污泥濃度，減少氧的消耗‘如何使厭氧生物處理工藝縮短處理時間和提高處理負荷，是值得進一步研究的課題。各種類型有機污染物的厭氧（缺氧）、好氧降解反應過程匯總如下。
好氧（微需氧）過程 厭氧（缺氧）過程
（1）COD→H2O+CO2 （2）COD→CH4+CO2
傳統好氧工藝 傳統厭氧工藝
（3）NH4+→NO3- （4）NO3-→N2
硝化工藝 反硝化或缺氧工藝
（5）H2S→S0 （6）SO42-→H2S
微需氧或好氧工藝 厭氧反應
（7）R-Cl→CO2+Cl- （8）R3CCl→CH4+CO2+Cl-
好氧反應 厭氧反應
從化學反應式（1）-（8）來看，除反應式（1）、（2）為傳統的好氧和厭氧工藝外，其他均為兼性菌的反應。人們過去對于好氧微生物和專性厭氧微生物研究十分充分，而對兼氧性微生物的研究不夠。
事實上，利用兼性細菌的工藝人們已開始有所涉及。如，對去除N、P的A2O或AO工藝（反應式（3）、（4）），是利用了兼性菌在好氧條件下進行好氧代謝，而在厭氧條件下進行不同代謝反應的工藝。在含有硫酸鹽的有機廢水中，厭氧反應將有機物和硫酸鹽分別轉化為有機酸和硫化氫（反應式（6）），產生的硫化氫被微需氧細菌直接氧化為硫元素。這可以用來去除硫化物并回收硫元素（反應式（5））。最新研究表明，一些在好氧狀態下難降解芳香族和鹵代烴在厭氧條件下容易分解（反應式（7）、（8））。
以上反應是一些新工藝的化學反應基礎，其基本原理是新工藝開發的基礎和生長點。例如，目前國際和國內上流行的AB工藝和序批式活性污泥（SBR）工藝。前者是在A段的高吸附段發生了水解和部分酸化反應，大分子物質降解為小分子物質，所以使得整個工藝的效率大為提高。對于后者而言，在SBR的反應過程同樣經歷了好氧-缺氧和厭氧的過程。
成功地利用兼性微生物的典型工藝是由北京市環境保護研究院在20世紀80年代開發的水解-好氧生物處理工藝。水解池利用水解和產酸微生物，將污水中的固體、大分子和不易生物降解的有機物降解為易于生物降解的小分子有機物，使得污水在后續的好氧單元以較少的能耗和較短的停留時間下得到處理。采用水解-活性污泥法與傳統的活性污泥相比，其基建投資、能耗和運行費用可分別節省30%左右。由于水解池具有改善污水可生化性的特點，使得本工藝不僅適用于易于生物降解的城市污水等，同時更加適用于處理不易生物降解的某些工業廢水，如紡織廢水，印染廢水，焦化廢水，釀酒廢水，化工廢水，造紙廢水等。
